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Mein Blögchen für alles!

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27. Apr 2006
20:00
Arbeitsblatt Abitur 2005 – Part 2
Posted by Astrodan under Schule, Aufgaben Mathe

P2, Analytische Geometrie:

2.1

E: vec{x} = (matrix{3}{1}{0 {-2} {-4}}) + s(matrix{3}{1}{4 2 4}) + t(matrix{3}{1}{3 6 6})Normalenvektor:

vec{n} = (matrix{3}{1}{12 12 24}) - (matrix{3}{1}{24 24 6}) = (matrix{3}{1}{{-12} {-12} 18}) =6(matrix{3}{1}{{-2} {-2} 3})Normalenform:

delim{[}{vec{x} - (matrix{3}{1}{0 {-2} {-4}})}{]} * (matrix{3}{1}{{-2} {-2} 3}) = 0Koordinatenform:

-2x_1 - 2x_2 + 3x_3 + 8 = 0

2.2 Winkelberchnung über Normalenvektoren:

cos alpha = {{(matrix{3}{1}{{-2} {-2} 3}) * (matrix{3}{1}{0 0 1})}/{sqrt{17} * sqrt{1}}}
doubleleftright cos alpha = {{3}/{sqrt{17}}}
doubleleftright cos alpha approx 0,728
doubleleftright alpha = 43,31^circ

2.3 Bilden wir hierzu die Hilfsgerade vom Ursprung durch die Ebene mit Hilfe des Normalenvektors haben wir:

g: vec{x} = s(matrix{3}{1}{{-2} {-2} 3})

Jetzt können wir den Schnittpunkt der geraden mit der Ebene bestimmen:

x_1 = -2s
x_2 = -2s
x_3 = 3s
E: -2x_1 - 2x_2 + 3_x3 + 8 = 0einsetzen

4s + 4s + 9s + 8 = 0
doubleleftright 17s + 8 = 0
doubleleftright 17s = -8
doubleleftright s = -{8/17}

Dadurch erhalten wir den Punkt auf der Ebene, der am nächsten am Ursprung dran ist, und können seinen Abstand berechnen:

vec{x} = {-}{8/17}(matrix{3}{1}{{-2} {-2} 3})
vec{x} = (matrix{3}{1}{{16/17} {16/17} {-{24/17}})Entfernung:

l = delim{|}{vec{x}}{|}
l = delim{|}{(matrix{3}{1}{{16/17} {16/17} {-{24/17}})}{|}
l = 1,94 LE

Nachtrag: Dank der Aufopferungsvollen Arbeit Stefans konnte er mir mitteilen, dass an dieser Stelle eine Berchnung der Entfernung über die Hess’sche Normalenform vermutlich wesentlich einfacher gewesen wäre. Die Rechnung überlasse ich aber aufgrund der Einfachheit euch ;-) .
2.4 Flächeninhalt des Dreiecks ABC:

Grundseite:

g_{BC}: vec{x} = (matrix{3}{1}{4 0 0}) + s(matrix{3}{1}{{-1} 4 2})Hilfsebene mit Vektor von gBC als Normalenvektor, durch Punkt A:

E: delim{[}{vec{x} - (matrix{3}{1}{0 {-2} {-4}})}{]} * (matrix{3}{1}{{-1} 4 2}) = 0
doubleleftright -x_1 + 4x_2 + 2x_3 + 16 = 0Schnittpunkt von gBC und der Ebene ist der Punkt, von dem aus die Gerade den kürzesten Abstand zu Punkt A hat:

x_1 = 4 -s
x_2 = 4s
x_3 = 2s
-x_1 + 4x_2 + 2x_3 + 16 = 0einsetzen

s - 4 + 16s + 4s + 16 = 0
doubleleftright 21s + 12 = 0
doubleleftright 21s = -12
doubleleftright s = -{12/21} = -{4/7}Schnittpunkt SP(4,57; -2,29; -1,14) (alle Werte lassen sich auch als Bruch ausdrücken)

Berechnen wir nun den Abstand des Schnittpunktes vom Punkt A:

(matrix{3}{1}{{32/7} {16/7} {8/7}}) - (matrix{3}{1}{0 {-2} {-4}}) = (matrix{3}{1}{{32/7} {2/7} {-{20/7}}})Die Länge dieses Vektors definiert damit die Höhe der Grundseite BC

h = delim{|}{(matrix{3}{1}{{32/7} {2/7} {-{20/7}}})}{|} = 5,398 LEDie Länge der Grundseite ist die Länge des Vektors von B nach C:

g = delim{|}{(matrix{3}{1}{3 4 2}) - (matrix{3}{1}{4 0 0})}{|}
doubleleftright g = delim{|}{(matrix{3}{1}{{-1} 4 2})}{|}
doubleleftright g = 4,583 LEDamit können wir schließlich nach der altbekannten Formel die Fläche des Dreeicks bestimmen:

A_Delta = {1/2} * h_g * g A_{ABC} = 12,369 FE

2.5 Die Länge der Strecke AB ist recht sinnvoll zu wissen, also fangen wir damit an:

overline{delim{|}{AB}{|}} = delim{|}{A + B}{|}
doubleleftright overline{delim{|}{AB}{|}} = delim{|}{(matrix{3}{1}{4 {-2} {-4}})}{|}
doubleleftright overline{delim{|}{AB}{|}} = 6

Die Gerade von A nach C können wir ebenfalls bestimmen:

g: vec{x} = (matrix{3}{1}{0 {-2} {-4}}) + s(matrix{3}{1}{3 6 6})

Den Richtungsvektor dieser Geraden müssen wir jetzt auf die Länge 6 bestimmen, dazu können wir seinen Betrag samt des Faktors s bestimmen:

delim{|}{s(matrix{3}{1}{3 6 6})}{|} = 6
doubleleftright sqrt{81s^2} = 6
doubleleftright 9s = 6
doubleleftright s = 2/3

Dieses s können wir nun in die Gerade einsetzten und erhalten dann den Punkt D

vec{x} = (matrix{3}{1}{0 {-2} {-4}}) + {2/3}(matrix{3}{1}{3 6 6})
doubleleftright vec{x} = (matrix{3}{1}{0 {-2} {-4}}) + (matrix{3}{1}{2 4 4})
doubleleftright vec{x} = (matrix{3}{1}{2 2 0})

Womit wir D als D(2; 2; 0) bestimmt hätten.

***

Nachtrag: Siehe 2.3

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